WO2017182332A1 - System und verfahren zur inbetriebnahme einer stelleinheit - Google Patents

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WO2017182332A1
WO2017182332A1 PCT/EP2017/058682 EP2017058682W WO2017182332A1 WO 2017182332 A1 WO2017182332 A1 WO 2017182332A1 EP 2017058682 W EP2017058682 W EP 2017058682W WO 2017182332 A1 WO2017182332 A1 WO 2017182332A1
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WO
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actuator
information
valve assembly
characteristic information
marking
Prior art date
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PCT/EP2017/058682
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English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Steltner
Manuel Braun
Jan Reich
Matthias Von Zeppelin
Thomas Ruschival
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Festo SE and Co KG
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Festo SE and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0025—Electrical or magnetic means
    • F16K37/0041—Electrical or magnetic means for measuring valve parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0075—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment
    • F16K37/0083—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring valve parameters

Definitions

  • the invention relates to a system comprising a
  • Process valve assembly with a process fitting and designed for operating the process fitting actuator, and an actuator for controlling and / or monitoring the process valve assembly.
  • the invention further relates to a method for
  • Commissioning an actuating unit which is designed to control and / or monitor a process valve assembly with a process fitting and an actuator designed for actuating the process fitting.
  • a system of the type mentioned in the beginning is typically used in process industry or process automation and serves to regulate a process fluid flow.
  • the process fitting has a position in it
  • variable valve member which is disposed in the process fluid flow and by its position determines the flow rate of the process fluid or influenced.
  • the valve member may typically in a blocking position or in a
  • Open position can be offset to lock or release the process fluid flow either.
  • blocking position and the open position so For example, to regulate the flow rate of the process fluid to a desired value.
  • the process fitting is actuated by means of an actuator.
  • the actuator provides, for example, a torque or a force available with or with the
  • Valve member is acted upon, so that it assumes the desired position.
  • the actuator is usually designed as a pneumatic drive.
  • the actuation of the actuator is done by a
  • the actuator is typically connected via a field bus with a higher-level control and receives from this control signals, such as a
  • the actuator performs the actuation of the actuator.
  • the adjusting unit is preferably designed as a positioner or positioner or as a valve control head.
  • the actuator can in particular for controlling a
  • pneumatic actuator have pneumatic valves or contain.
  • the setting unit is also designed to monitor the process valve assembly, in particular the actuator and / or the valve fitting.
  • the actuator via a provided in the system
  • State of the process valve assembly can be closed.
  • the detected state can be used to control the
  • actuator and / or for diagnostic purposes, eg to determine that maintenance is required.
  • the monitoring of the process valve assembly may also be based on that performed by the actuator
  • Control done For example, the number of
  • Position changes or switching cycles of the valve member are counted, which are to be effected with the actuation of the actuator by the actuator. If this number exceeds a predetermined threshold, it can be concluded that there is a need for maintenance.
  • the characteristic information includes, for example, characteristics of the actuator, such as piston area, stroke,
  • Friction coefficients and / or spring constants and / or characteristics of the process fitting such as pipe diameter and / or friction coefficients.
  • Such characteristic information can be used, for example, to improve the control characteristics and the possibilities for detection and differentiation of malfunctions (for example due to wear of components).
  • Actuator and process fitting are normally purely mechanical components without integrated electronics and thus also without electrical interface, so that communication with the
  • Actuator for communicating the characteristic information is not possible.
  • Process valve assembly are adapted.
  • DE 10 2004 005 401 A1 relates to the technical field of mobile working machines, in particular mobile hydraulics, and describes a method for setting a control flow of current-controlled hydraulic valves for actuation
  • Control current correction value is attached to a housing as a code.
  • An object of the invention is to improve in the system mentioned above in an efficient manner, the interaction between the actuator and the process valve assembly.
  • the process valve assembly at least an optically readable marker with marker information contained therein, and the system further comprises an optical reading device, which is formed
  • Process valve assembly to provide descriptive characteristic information based on the marking information, and the actuator is configured to perform the control / and / or monitoring of the process valve assembly using the characteristic information.
  • Characteristic information is provided, which is then used by the control unit for controlling and / or monitoring exactly this process valve assembly.
  • the optically readable marker is attached directly to the process valve assembly.
  • the device of the control unit with the characteristic information is connected only with little additional effort.
  • the optical readout of the marker with the reading device can be in a simple manner, for example during assembly take place if the process valve assembly is easily accessible. Once the reader and / or the
  • Actuator is the read marking information, this can be the characteristic information independently,
  • this transmission option can be omitted.
  • the marking does not have to be directly at the
  • Process valve assembly may be appropriate, but may
  • the mark also from the
  • Process valve assembly for example, from the color and / or dimensions exist.
  • the method comprises the steps of: detecting marking information contained in an optically readable marking on the process valve assembly by optically reading the marking;
  • Marking information and setting up the actuator so that it controls and / or monitors the process valve assembly using the characteristic information.
  • the setting unit is preferably designed to adapt a control and / or regulator model for controlling the process valve assembly based on the characteristic information.
  • the setting unit is designed based on the characteristic information an observer model for
  • regulator and / or observer models are known with which a control or monitoring of an actuator or a process fitting can be done.
  • the models are mathematical functions that describe the dynamic behavior of the actuator and / or process fitting.
  • Characteristic information is used, which describes exactly that process valve assembly, which is controlled or monitored on the basis of the models, can be an optimal
  • Control or monitoring can be achieved.
  • the setting unit is designed to determine the receipt of the characteristic information and after receipt of the
  • Characteristic information to perform an adaptation of a control, regulator and / or observer model
  • the reading device is a mobile device.
  • the setting unit and the reading device expediently have respective ones Communication interfaces.
  • the reading device is
  • the reading device is designed for example as a mobile phone with integrated camera.
  • the optically readable medium is designed for example as a mobile phone with integrated camera.
  • Marking can then be photographed for example by means of the camera and be evaluated by a software, such as an app, the mobile phone to the
  • Characteristic information for example, be retrieved from a local or external database.
  • the characteristic information can then be provided to the actuator. Due to the widespread use of mobile phones with integrated
  • Cameras can be assumed that a corresponding mobile phone is available during assembly, so that it is not necessary to provide a dedicated reading device. Instead, only an appropriate app must be offered.
  • NFC interfaces are NFC interfaces.
  • the actuating unit is preferably designed to exist in a de-energized state, preferably in a state
  • connection to a control level to receive the marking information and / or the characteristic information when using the aforementioned NFC interfaces, it is possible that the actuator receives the marker information and / or the characteristic information (and also stores) without the actuator is connected to a power source.
  • NFC it is namely possible to describe a memory chip (which in this case is provided on the setting unit) without this being supplied with power (by the setting unit).
  • the actuator is particularly well accessible before connection to stationary networks, such as the power grid, therefore, it is advantageous to form the actuator so that the characteristic information in a de-energized state of
  • Actuating unit can be provided.
  • the reading device can also be integrated in the setting unit.
  • the reading device can be permanently installed in the setting unit - for example, the setting unit may have an integrated digital camera and corresponding software for evaluating recorded digital images. Furthermore, the reading device can also be designed as a module of the setting unit, so that it can be used, for example, by the
  • Reading device or the setting unit be designed to be used for the establishment of other actuators by, for example, a corresponding
  • Actuator and / or the reading device a determined Marking information and / or characteristic information can transmit to another control unit.
  • the setting unit and / or the reading device is designed to retrieve the characteristic information based on the marking information from a database.
  • the database can be on the actuator, the
  • the marking information may contain the parameter information.
  • the parameter information comprises
  • the process fitting and the actuator each have their own, optically readable mark.
  • Reading device is designed to capture from each mark its own marking information and based on each marking information to determine a corresponding characteristic information.
  • the control and / or monitoring by the control unit can be based on several characteristic information.
  • each parameter information describes that component to which the associated marking is attached.
  • Figure 1 is a block diagram of a system with a
  • FIG. 2 shows a flowchart of a method for
  • the system 1 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a system 1.
  • the system 1 comprises an actuator 2, a process valve assembly 3 and an optical device exemplified as a mobile device
  • Process valve assembly 3 are exemplary of a
  • the process valve assembly 3 has an actuator 5 and a process fitting 6.
  • the actuator 5 is used
  • the system 1 shown in FIG. 1 serves for passing through the process fitting 6, not shown in FIG. 1
  • the actuator 2 is formed, the
  • Control valve unit 3 to control and / or monitor.
  • the control of the process valve assembly 3 is carried out in particular according to one of a higher-level control 12 received control signal.
  • the higher-level controller 12 is, for example, a programmable logic controller (PLC).
  • the process valve assembly 3 has at least one optically readable marking 15, 16.
  • two markings 15, 16 are present by way of example.
  • a first optically readable marking 15 is provided on the actuator 5 and a second optically readable marking 16 is provided on the process fitting 6. It can
  • Markings 15, 16 each contain a marking information.
  • the optical reading device 4 is designed to detect at least one marking information by optically reading one of the markings 15, 16.
  • the optical reading device 4 is formed for each of
  • Markers 15, 16 to detect a respective marking information.
  • the actuator 2 and / or the optical reading device 4 are formed, a process valve assembly 3
  • a respective parameter information can be provided based on each of the marking information.
  • Communication interfaces 17 and 14 transmits to the actuator 2.
  • the actuating unit 2 is designed to perform the control and / or monitoring of the process valve assembly 3 using the characteristic information.
  • the characteristic information is thus made available to the actuator in an efficient manner or made available for the actuator 2, whereby the control and / or
  • Actuating unit 2 can already be put into position during assembly, later in operation, the control and / or
  • the actuator 2 is preferably designed as a positioner or valve control head
  • the actuator 2 preferably has a
  • connection interface 11 is, for example, a digital one
  • the setting unit 2 receives from the higher-level controller 12 a control signal and performs according to this control signal a control of
  • the setting unit 2 furthermore has a communication interface 14 which serves for communication with the optical reading device 4.
  • Communication interface 14 is preferably as
  • Nahfeldkommunikations reinforcestelle in particular as NFC interface formed.
  • control unit 2 has an electronic control unit (not shown in FIG. 1), in particular via at least one microcontroller, which has appropriate software in order to control the control unit 2
  • the reading device 4 is preferably as a mobile device
  • Reading device 4 has a reading unit 18,
  • an integrated digital camera based on the markers 15 and 16 optically read or
  • the reading device 4 is formed from the read or photographed mark 15, 16 the
  • Tag information preferably an identifier, such as a product key to determine. This can in particular locally on the reading device 4 by appropriate software.
  • the reading device 4 is further configured to access a database and retrieve a characteristic information from the database using the marking information, in particular of the identifier. For example, in the database
  • the database can be stored locally on the reading device 4 or on an external server. In the latter case, the
  • Reading device 4 to be formed a
  • Reading device 4 is in particular designed based on several marking information more
  • the reading device 4 may be formed, the
  • the reading device 4 also has a
  • the communication interface 17 which is used for communication with the actuator 2.
  • the communication interface 17 is preferably as a near-field communication interface,
  • the reading device 4 is formed, the
  • Marking information and / or the characteristic information via the communication interface 17 to the actuator 2 to transmit.
  • This can be for example in compressed and / or condensed form - ie, the reading device 4 can be designed to be in front of the
  • the reading device is integrated in the actuator.
  • the actuator In this case, the
  • the reading device is designed as a module of the setting unit and / or removable from the setting unit, so that they are exchanged and / or for other actuators when commissioning this
  • Actuators can be used.
  • the process valve assembly 3 has the actuator 5, the process fitting 6 and a mounting bridge 7.
  • Actuator 5 is on the mounting bridge 7 at the
  • Process valve assembly 3 also via other components, such as a not shown in the figure 1
  • the process fitting 6 is flowed through during operation of a process fluid and has a valve member 8, via whose Position of the process fluid flow can be regulated.
  • the valve member 8 is mounted rotatably in the process fitting 6.
  • Rotary position of the valve member 8 can be done a regulation of the process fluid flow.
  • the valve member 8 is exemplified in FIG. 1 as a throttle valve.
  • Valve member 8 of course, be executed in a different construction.
  • the actuator 5 is used to actuate the process fitting 6.
  • the actuator 5 is, for example, a pneumatic rotary drive, which comprises one or more pressure chambers not shown in the figure and a piston, not shown in the figure. By pressurizing at least one of the pressure chambers, the piston is set in motion. The piston movement is used to a
  • valve member 8 via a
  • Output shaft 9 is mechanically coupled to the actuator 5.
  • the control of the actuator 5 is performed by the
  • Actuator 2 In the illustrated case of a pneumatic
  • the actuator 2 comprises a pneumatic control unit, not shown in the figure, for example, an I / P converter - that is, a converter which converts an electrical signal into a pneumatic signal - and / or a solenoid valve, via which a pneumatic connection between at least one of the pressure chambers and a pressure source, not shown in the figure 1 can be produced.
  • a pneumatic control unit for example, an I / P converter - that is, a converter which converts an electrical signal into a pneumatic signal - and / or a solenoid valve, via which a pneumatic connection between at least one of the pressure chambers and a pressure source, not shown in the figure 1 can be produced.
  • Actuator 2 and the actuator 5 can also share
  • Process valve assembly 3 in particular to provide the actuator 5, with electrical drive means or actuators instead of the fluidic drive devices discussed above.
  • the valve member 8 of the process fitting 6 can in this case by an electric drive of the
  • Actuator 5 can be actuated.
  • the actuator 5 when the actuator 5 are formed as a pneumatic or hydraulic component and the process fitting 6 as a purely mechanical component, they have no electrical or electronic circuitry, in particular no electrical or electronic
  • the actuator 5 and the process fitting 6 are purely mechanical field devices. It should be noted in this context that the actuator 5 may be formed as an electric actuator.
  • the optically readable mark provided on the process valve assembly 3 is preferably a graphic pattern in which the mark information codes is.
  • the mark information codes is a QR code and / or a bar code.
  • at least parts of the marking information as a string, in particular as a letter sequence, in the
  • the first marking 15 provided on the actuator 5 and / or the second marking 16 provided on the process fitting 6 can be shown in each case in one of the FIGS
  • the marking is provided, for example, as a laser inscription on a housing of the process valve assembly, in particular on a housing of the actuator and / or the process fitting.
  • the mark can also be used as a label,
  • Marking is preferably a "Direct Part Marking.”
  • the marking is especially designed to be rough
  • marking information may be in the mark
  • Identifier such as a product key may be contained, which clearly identifies the respective system component - ie the actuator or the process fitting to which the mark is attached.
  • the identifier can take the model or the type of the respective system component and / or the respective system component for itself
  • the mark may be as
  • Marking information also already from the actuator 2 contain characteristic information to be used.
  • Marking may comprise all or some of the characteristic information to be used by the actuator 2 as mark information.
  • Reading device 4 and / or the actuator 2 can be realized more easily, since this then only provided to provide the characteristic information on the read
  • the parameter information preferably comprises a
  • Friction coefficient a spring constant
  • Information about the stroke preferably refers to a stroke of the piston, for example the maximum stroke.
  • Information about the friction coefficient preferably refers to a friction coefficient of Actuator 5, in particular a coefficient of friction between the piston and a cylinder in which the piston is guided.
  • the information about the friction coefficient may also relate to the process fitting 6,
  • Valve member a coupled to the valve member shaft, and / or an inner wall of the process fitting 6 relates.
  • the information about the spring constant refers in particular to a spring of the actuator 5, which may be provided in this, when the actuator 5 comprises a single-acting cylinder.
  • the information about the pipe diameter relates in particular to a pipe of the process fitting 6, through which, for example, the process fluid flows.
  • Switching cycles, direction changes and / or opening / closing cycles may relate in particular to the actuator 5 and / or the process fitting 6 and one each
  • the information about the lifetime can also represent a predetermined period of time.
  • the reading device 2 is formed, the characteristic information based on the
  • the database can be stored on the reading device 4 and / or on an external server to which the
  • Reading device for example via a
  • the reading device is further configured to transmit the characteristic information and optionally also the marking information to the actuating unit 2.
  • the setting unit 2 is responsible for the characteristic information based on the marking information from an internal or external
  • the setting unit 2 may be formed, for example, via the
  • Connection interface 11 a message with the
  • the reading device 4 must only be able to the actuator 2, the
  • the parameter information is already included in the marking information.
  • Actuator 2 may be configured to provide the characteristic information based on the marker information. If the provision is made by the reading device 4, then this is designed to provide the characteristic information to the
  • the software of the reading device 4 also data
  • Process valve assembly 3 and feed them via mobile phone or other wireless connection for evaluation in an external database.
  • information about its lifetime and operating conditions can be transmitted and evaluated in order to provide information on the development
  • the software of the reading device 4 can also be configured so that it receives current data via a
  • Component of the process valve assembly from an external server can relate. This can be, for example, on the one hand updated parameter information, in particular on permissible conditions of use, for example a component provided with a corresponding marking.
  • Actuator 2 and process valve assembly 3 agreed specific configuration data.
  • a device-specific threshold value for the actuator 5 and / or the process fitting 6 can be determined by the characteristic information in the actuator 2.
  • the actuator 2 can then the
  • Process valve assembly 3 - ie the actuator 5 and / or the process fitting 6 - to monitor whether this threshold is exceeded.
  • the control unit 2 is designed, in particular, to distinguish different errors during the monitoring, for example based on which threshold value has been exceeded.
  • Actuator 2 is in particular designed to set several threshold values based on the parameter information.
  • Process valve assembly 3 such as valves, and / or the actuator 2, lie outside of a typical or allowable range.
  • the configuration information can be found in particular in the
  • the characteristic information can also be used in particular as a threshold for the expected
  • the actuator 2 may be formed in the
  • Plant operator can then schedule maintenance intervals.
  • the monitoring of the process valve assembly 3 performed by the actuator 2 may also serve to check whether the actuator 2 and / or the components of the
  • Process valve unit 3 are correctly matched.
  • the actuator 5 is selected to be available in all cases
  • Evaluation of the characteristic information and an operating pressure during commissioning of the actuator 2 are detected.
  • the actuating unit 2 can be designed, in particular, to supply the process valve assembly during operation
  • the actuator 2 can estimate the forces that are necessary for the movement of the valve member 8 of the 5 by measuring pressures in pressure chambers of the actuator 5 with knowledge of the characteristic information of the actuator 5
  • Process fitting 6 are necessary. If the force values determined in this way come close to forces specified by means of the characteristic information for the process armature 6 or the actuator 5, then a corresponding warning message can be issued in particular by the actuating unit 2.
  • the monitoring performed by the setting unit 2 can also take place in interaction with a control unit from a higher level, for example the control level, and / or the higher-level control 12. If the
  • Actuator 2 itself does not muster the computing capacity for a corresponding evaluation, they can the
  • FIG. 2 shows a flow chart of a method for starting up an actuating unit 2. The method can be carried out in particular using the system 1 described above.
  • the method comprises the
  • Steps Capture Sl of a marker information that is in an optically readable mark on the
  • Process valve assembly 3 is included, by optically reading the marker, providing S2 one
  • Marking information and setting S3 of the actuator 2 so that it controls the process valve assembly 3 using the characteristic information and / or monitored.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Indication Of The Valve Opening Or Closing Status (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1), umfassend: eine Prozessventilbaueinheit (3) mit einer Prozessarmatur (6) und einem zur Betätigung der Prozessarmatur (6) ausgebildeten Stellantrieb (5), sowie eine Stelleinheit (2) zur Ansteuerung und/oder Überwachung der Prozessventilbaueinheit. Erfindungsgemäß weist die Prozessventilbaueinheit (3) wenigstens eine optisch lesbare Markierung (15, 16) mit einer darin enthaltenen Markierungsinformation auf, und das System umfasst eine optische Leseeinrichtung (4), die ausgebildet ist, die Markierungsinformation durch optisches Lesen der Markierung (15, 16) zu erfassen, wobei die Stelleinheit (2) und/oder die optische Leseeinrichtung (4) ausgebildet sind, eine die Prozessventilbaueinheit (3) beschreibende Kenngrößeninformation basierend auf der Markierungsinformation bereitzustellen, und die Stelleinheit (2) ausgebildet ist, die Ansteuerung und/oder Überwachung der Prozessventilbaueinheit (3) unter Verwendung der Kenngrößeninformation durchzuführen.

Description

System und Verfahren zur Inbetriebnahme einer Stelleinheit
Die Erfindung betrifft ein System, umfassend eine
Prozessventilbaueinheit mit einer Prozessarmatur und einem zur Betätigung der Prozessarmatur ausgebildeten Stellantrieb, sowie eine Stelleinheit zur Ansteuerung und/oder Überwachung der Prozessventilbaueinheit.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur
Inbetriebnahme einer Stelleinheit, die ausgebildet ist, eine Prozessventilbaueinheit mit einer Prozessarmatur und einem zur Betätigung der Prozessarmatur ausgebildeten Stellantrieb anzusteuern und/oder zu überwachen.
Ein System der eingangs genannten Art wird typischerweise in der Prozessindustrie bzw. Prozessautomation eingesetzt und dient dazu, einen Prozessfluidstrom zu regulieren. Die
Prozessarmatur weist dazu ein in seiner Stellung
veränderliches Ventilglied auf, das in dem Prozessfluidstrom angeordnet ist und durch seine Stellung die Durchflussrate des Prozessfluids festlegt bzw. beeinflusst. Das Ventilglied kann typischerweise in eine Sperrstellung oder in eine
Offenstellung versetzt werden, um den Prozessfluidstrom wahlweise zu sperren oder freizugeben. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, das Ventilglied in eine Stellung,
vorzugsweise eine beliebige Stellung, zwischen der
Sperrstellung und der Offenstellung zu versetzen, um so beispielsweise die Durchflussrate des Prozessfluids auf einen gewünschten Wert zu regulieren.
Die Prozessarmatur wird mittels eines Stellantriebs betätigt. Der Stellantrieb stellt beispielsweise ein Drehmoment oder eine Kraft zur Verfügung, mit dem bzw. mit der das
Ventilglied beaufschlagt wird, so dass es die gewünschte Stellung einnimmt. Der Stellantrieb ist in der Regel als pneumatischer Antrieb ausgebildet. Die Kombination aus
Stellantrieb und Prozessarmatur wird hier als
Prozessventilbaueinheit bezeichnet .
Die Ansteuerung des Stellantriebs erfolgt durch eine
Stelleinheit. Die Stelleinheit ist typischerweise über einen Feldbus mit einer übergeordneten Steuerung verbunden und erhält von dieser Steuersignale, beispielsweise einen
Sollwert in Bezug auf die Stellung des Ventilglieds und/oder die Regulierung des Prozessfluidstroms . Gemäß dem Sollwert führt die Stelleinheit die Ansteuerung des Stellantriebs durch. Die Stelleinheit ist vorzugsweise als Stellungsregler bzw. Positioner oder als Ventilsteuerkopf ausgebildet. Die Stelleinheit kann insbesondere zur Ansteuerung eines
pneumatischen Stellantriebs Pneumatik-Ventile aufweisen bzw. enthalten .
In der Regel ist die Stelleinheit ferner ausgebildet, die Prozessventilbaueinheit, insbesondere den Stellantrieb und/oder die Ventilarmatur zu überwachen. Beispielsweise kann die Stelleinheit über eine im System vorgesehene
Sensoreinheit Messgrößen erfassen, aus denen auf einen
Zustand der Prozessventilbaueinheit geschlossen werden kann. Der erfasste Zustand kann in die Ansteuerung des
Stellantriebs einfließen und/oder zu Diagnosezwecken, z.B. zur Feststellung, dass Wartungsbedarf besteht, verwendet werden. Die Überwachung der Prozessventilbaueinheit kann auch basierend auf der durch die Stelleinheit durchgeführten
Ansteuerung erfolgen. Beispielsweise kann die Anzahl an
Stellungsänderungen bzw. Schaltzyklen des Ventilglieds gezählt werden, die mit der Ansteuerung des Stellantriebs durch die Stelleinheit bewirkt werden sollen. Übertrifft diese Anzahl einen vorbestimmten Schwellenwert, so kann darauf geschlossen werden, dass Wartungsbedarf besteht.
Für die vorgenannte Ansteuerung des Stellantriebs sowie die vorgenannte Überwachung der Prozessventilbaueinheit ist es wünschenswert, Kenngrößeninformationen einzusetzen, die die Prozessventilbaueinheit bzw. deren Komponenten - den
Stellantrieb und/oder die Prozessarmatur - beschreiben. Die Kenngrößeninformationen umfassen beispielsweise Kenngrößen des Stellantriebs, wie Kolbenfläche, Hub,
Reibungskoeffizienten und/oder Federkonstanten und/oder Kenngrößen der Prozessarmatur wie Rohrdurchmesser und/oder Reibungskoeffizienten. Solche Kenngrößeninformationen können zum Beispiel genutzt werden, um die Regelungseigenschaften und die Möglichkeiten zur Erkennung und Unterscheidung von Fehlfunktionen (etwa durch Verschleiß von Komponenten) zu verbessern .
Allerdings ist bei Herstellung der Stelleinheit in der Regel noch nicht bekannt, für genau welchen Stellantrieb bzw. genau welche Prozessarmatur die Stelleinheit eingesetzt werden wird, so dass es zu diesem Zeitpunkt noch nicht möglich ist, die Stelleinheit mit den entsprechenden
Kenngrößeninformationen dieses Stellantriebs bzw. dieser Prozessarmatur einzurichten. Auch im Betrieb der Stelleinheit, also zu einem Zeitpunkt, zu dem ihr bereits ein bestimmter Stellantrieb und/oder eine bestimmte Prozessarmatur zugeordnet sind, lässt sich die Stelleinheit nicht ohne Weiteres mit den entsprechenden
Kenngrößeninformationen einrichten. So sind Stellantrieb und Prozessarmatur normalerweise rein mechanische Komponenten ohne integrierte Elektronik und damit auch ohne elektrische Schnittstelle, so dass eine Kommunikation mit der
Stelleinheit zur Mitteilung der Kenngrößeninformationen nicht möglich ist.
Die Eigenschaften - insbesondere die vorgenannten Kenngrößen - von Stellantrieb und Prozessarmatur sind daher der
Stelleinheit im Allgemeinen nicht bekannt, so dass die
Ansteuerung und/oder Überwachung durch die Stelleinheit häufig nicht optimal an die Eigenschaften der
Prozessventilbaueinheit angepasst sind.
Die DE 10 2004 005 401 AI betrifft das technische Gebiet von Mobil-Arbeitsmaschinen, insbesondere von Mobilhydraulik und beschreibt ein Verfahren zum Einstellen eines Steuerstroms von stromgesteuerten Hydraulikventilen zur Betätigung
einzelner Hydraulikfunktionen von Flurförderzeugen. Ein
Steuerstrom-Korrekturwert wird als Code an einem Gehäuse angebracht .
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei dem eingangs genannten System in effizienter Weise das Zusammenspiel zwischen der Stelleinheit und der Prozessventilbaueinheit zu verbessern .
Die Aufgabe wird für das eingangs genannte System durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst . Erfindungsgemäß weist die Prozessventilbaueinheit wenigstens eine optisch lesbare Markierung mit einer darin enthaltenen Markierungsinformation auf, und das System umfasst ferner eine optische Leseeinrichtung, die ausgebildet ist, die
Markierungsinformation durch optisches Lesen der Markierung zu erfassen, wobei die Stelleinheit und/oder die
Leseeinrichtung ausgebildet sind, eine die
Prozessventilbaueinheit beschreibende Kenngrößeninformation basierend auf der Markierungsinformation bereitzustellen, und die Stelleinheit ausgebildet ist, die Ansteuerung/und oder Überwachung der Prozessventilbaueinheit unter Verwendung der Kenngrößeninformation durchzuführen .
Das bessere Zusammenspiel zwischen der Stelleinheit und der Prozessventilbaueinheit wird folglich dadurch erzielt, dass eine die Prozessventilbaueinheit beschreibende
Kenngrößeninformation bereitgestellt wird, die dann von der Stelleinheit zur Ansteuerung und/oder Überwachung genau dieser Prozessventilbaueinheit verwendet wird. Die
Ansteuerung und/oder Überwachung durch die Stelleinheit kann somit an Eigenschaften genau derjenigen
Prozessventilbaueinheit angepasst werden, mit der sie
zusammen betrieben wird.
Die Bereitstellung der benötigten Kenngrößeninformation erfolgt dabei in äußerst effizienter Weise. So kann das Anbringen einer optisch lesbaren Markierung an der
Prozessventilbaueinheit ohne größeren zusätzlichen
Herstellungsaufwand erfolgen. Vorzugsweise ist die optisch lesbare Markierung direkt an der Prozessventilbaueinheit angebracht. Auch die Einrichtung der Stelleinheit mit der Kenngrößeninformation ist nur mit wenig zusätzlichem Aufwand verbunden. Das optische Auslesen der Markierung mit der Leseeinrichtung kann in einfacher Weise z.B. bei der Montage erfolgen, wenn die Prozessventilbaueinheit gut zugänglich vorliegt. Sobald der Leseeinrichtung und/oder der
Stelleinheit die ausgelesene Markierungsinformation vorliegt, kann diese die Kenngrößeninformation selbstständig,
beispielsweise aus einer Datenbank, ermitteln. Sofern die Leseeinrichtung als von der Stelleinheit abgesetztes,
eigenständiges Gerät vorgesehen ist, muss dann lediglich noch eine Übertragungsmöglichkeit von der Leseeinrichtung zu der Stelleinheit vorgesehen sein, um der Stelleinheit die
Markierungsinformation und/oder die Kenngrößeninformation bereitzustellen. Ist die Leseeinrichtung in der Stelleinheit integriert, kann diese Übertragungsmöglichkeit entfallen.
Die Markierung muss nicht direkt an der
Prozessventilbaueinheit angebracht sein, sondern kann
beispielsweise in die Verpackung einer Komponente der
Prozessventilbaueinheit integriert oder ihr beigelegt werden.
Gegebenenfalls kann die Markierung auch aus dem
Gesamterscheinungsbild einer Komponente der
Prozessventilbaueinheit, beispielsweise aus der Farbgebung und/oder den Abmessungen, bestehen.
Die Aufgabe wird ferner für das eingangs genannte Verfahren durch die im Kennzeichen des Anspruchs 11 angegebenen
Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die Schritte: Erfassen einer Markierungsinformation, die in einer optisch lesbaren Markierung an der Prozessventilbaueinheit enthalten ist, durch optisches Lesen der Markierung,
Bereitstellen einer die Prozessventilbaueinheit
beschreibenden Kenngrößeninformation basierend auf der
Markierungsinformation und Einrichten der Stelleinheit, so dass diese die Prozessventilbaueinheit unter Verwendung der Kenngrößeninformation ansteuert und/oder überwacht.
Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den abhängigen
Ansprüchen definiert.
Vorzugsweise ist die Stelleinheit ausgebildet, basierend auf der Kenngrößeninformation ein Steuer- und/oder Reglermodell zur Ansteuerung der Prozessventilbaueinheit anzupassen.
Insbesondere ist die Stelleinheit ausgebildet, basierend auf der Kenngrößeninformation ein Beobachtermodell zur
Überwachung der Prozessventilbaueinheit anzupassen.
Auf dem Gebiet der Antriebsansteuerung bzw. Ventilansteuerung und Antriebsüberwachung bzw. Ventilüberwachung sind Steuer-, Regler- und/oder Beobachtermodelle bekannt, mit denen eine Ansteuerung bzw. Überwachung eines Stellantriebs bzw. einer Prozessarmatur erfolgen kann. Bei den Modellen handelt es sich beispielsweise um mathematische Funktionen, die das dynamische Verhalten von Stellantrieb und/oder Prozessarmatur beschreiben. Indem für diese Modelle eine
Kenngrößeninformation verwendet wird, die genau diejenige Prozessventilbaueinheit, die anhand der Modelle angesteuert bzw. überwacht wird, beschreibt, kann eine optimale
Ansteuerung bzw. Überwachung erzielt werden.
Vorzugsweise ist die Stelleinheit ausgebildet, den Erhalt der Kenngrößeninformation festzustellen und nach Erhalt der
Kenngrößeninformation eine Anpassung eines Steuer-, Regler- und/oder Beobachtermodells durchzuführen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Leseeinrichtung ein Mobilgerät. Die Stelleinheit und die Leseeinrichtung verfügen zweckmäßigerweise über jeweilige Kommunikationsschnittstellen. Die Leseeinrichtung ist
vorzugsweise ausgebildet, die Markierungsinformation und/oder die Kenngrößeninformation über die
Kommunikationsschnittstellen an die Stelleinheit zu
übertragen .
Die Leseeinrichtung ist beispielsweise als Mobiltelefon mit integrierter Kamera ausgebildet. Die optisch lesbare
Markierung kann dann beispielsweise mittels der Kamera abfotografiert werden und von einer Software, beispielsweise einer App, des Mobiltelefons ausgewertet werden, um die
Markierungsinformation aus dem Foto zu extrahieren. Basierend auf der Markierungsinformation kann dann die
Kenngrößeninformation beispielsweise aus einer lokalen oder externen Datenbank abgerufen werden. Über die
Kommunikationsschnittstellen kann die Kenngrößeninformation dann der Stelleinheit bereitgestellt werden. Aufgrund der weiten Verbreitung von Mobiltelefonen mit integrierten
Kameras kann davon ausgegangen werden, dass bei der Montage ein entsprechendes Mobiltelefon bereitsteht, so dass es nicht nötig ist, eine dedizierte Leseeinrichtung bereitzustellen. Stattdessen muss lediglich eine entsprechende App angeboten werden .
In bevorzugter Ausgestaltung sind die
Kommunikationsschnittstellen
Nahfeldkommunikationsschnittstellen . Insbesondere handelt es sich dabei um NFC-Schnittstellen .
Die Stelleinheit ist vorzugsweise ausgebildet, in einem stromlosen Zustand, vorzugsweise in einem Zustand vor
Anschluss an eine Leitebene, die Markierungsinformation und/oder die Kenngrößeninformation zu empfangen. Insbesondere bei Verwendung der vorgenannten NFC- Schnittstellen ist es möglich, dass die Stelleinheit die Markierungsinformation und/oder die Kenngrößeninformation empfängt (und auch speichert) , ohne dass die Stelleinheit an eine Stromquelle angeschlossen ist. Insbesondere mittels NFC ist es nämlich möglich, einen Speicherchip (der in diesem Fall an der Stelleinheit vorgesehen ist) zu beschreiben, ohne dass dieser dabei (von der Stelleinheit) mit Strom versorgt wird .
Die Stelleinheit ist vor Anschluss an stationäre Netze, wie beispielsweise das Stromnetz, besonders gut zugänglich, daher ist es vorteilhaft, die Stelleinheit so auszubilden, dass die Kenngrößeninformationen in einem stromlosen Zustand der
Stelleinheit zur Verfügung gestellt werden können.
Alternativ zu der vorgenannten Ausgestaltung, wonach die Leseeinrichtung ein Mobilgerät ist, kann die Leseeinrichtung auch in der Stelleinheit integriert sein.
Die Leseeinrichtung kann dabei fest in der Stelleinheit installiert sein - beispielsweise kann die Stelleinheit eine integrierte digitale Kamera und entsprechende Software zur Auswertung aufgenommener digitaler Bilder aufweisen. Ferner kann die Leseeinrichtung auch als Modul der Stelleinheit ausgebildet sein, so dass sie beispielsweise von der
Stelleinheit abnehmbar ist. In beiden Fällen kann die
Leseeinrichtung bzw. die Stelleinheit ausgebildet sein, auch für die Einrichtung anderer Stelleinheiten verwendet zu werden, indem beispielsweise eine entsprechende
Kommunikationsschnittstelle vorgesehen ist, mit der die
Stelleinheit und/oder die Leseeinrichtung eine ermittelte Markierungsinformation und/oder Kenngrößeninformation an eine andere Stelleinheit übermitteln kann.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Stelleinheit und/oder die Leseeinrichtung ausgebildet, die Kenngrößeninformation auf Basis der Markierungsinformation aus einer Datenbank abzurufen .
Die Datenbank kann dabei auf der Stelleinheit, der
Leseeinrichtung und/oder einem externen Speicher - beispielsweise auf einem externen Server - abgelegt sein.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist es aber auch möglich, dass die Markierungsinformation die Kenngrößeninformation enthält .
Zweckmäßigerweise umfasst die Kenngrößeninformation
mindestens eine Information über eine Kolbenfläche, einen Hub, einen Reibungskoeffizienten, eine Federkonstante, einen Rohrdurchmesser, eine Lebensdauer, eine Anzahl von
Schaltspielen, eine Anzahl von Richtungswechseln, und/oder eine Anzahl von Öffnungs- /Schließzyklen .
Vorzugsweise umfassen die Prozessarmatur und der Stellantrieb jeweils eine eigene, optisch lesbare Markierung.
Die vorstehend beschriebene Stelleinheit und/oder
Leseeinrichtung ist entsprechend ausgebildet, aus jeder Markierung eine eigene Markierungsinformation zu erfassen und basierend auf jeder Markierungsinformation eine entsprechende Kenngrößeninformation zu ermitteln. Die Ansteuerung und/oder Überwachung durch die Stelleinheit kann auf Basis mehrerer Kenngrößeninformationen erfolgen . Vorzugsweise beschreibt jede Kenngrößeninformation diejenige Komponente, an der die zugehörige Markierung angebracht ist.
Beispielhafte Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung geläutert . Dabei zeigt
Figur 1 ein Blockdiagramm eines Systems mit einer
Stelleinheit, einer Prozessventilbaueinheit und einem Mobilgerät
Figur 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur
Inbetriebnahme einer Stelleinheit
Die Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems 1. Das System 1 umfasst eine Stelleinheit 2, eine Prozessventilbaueinheit 3 und eine exemplarisch als Mobilgerät ausgebildete optische
Leseeinrichtung 4. Die Stelleinheit 2 und die
Prozessventilbaueinheit 3 sind exemplarisch zu einer
Baugruppe zusammengesetzt.
Die Prozessventilbaueinheit 3 weist einen Stellantrieb 5 und eine Prozessarmatur 6 auf. Der Stellantrieb 5 dient der
Betätigung der Prozessarmatur 6.
Wie nachstehend im Detail erläutert, dient das in der Figur 1 gezeigte System 1 dazu, einen durch die Prozessarmatur 6 verlaufenden, in der Figur 1 nicht gezeigten
Prozessfluidstrom zu regulieren.
Die Stelleinheit 2 ist ausgebildet, die
Prozessventilbaueinheit 3 anzusteuern und/oder zu überwachen. Die Ansteuerung der Prozessventilbaueinheit 3 erfolgt dabei insbesondere gemäß einem von einer übergeordneten Steuerung 12 empfangenen Steuerungssignal. Die übergeordnete Steuerung 12 ist beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)
Die Prozessventilbaueinheit 3 weist wenigstens eine optisch lesbare Markierung 15, 16 auf. Im gezeigten Beispiel sind exemplarisch zwei Markierungen 15, 16 vorhanden. So ist eine erste optisch lesbare Markierung 15 an dem Stellantrieb 5 vorgesehen und eine zweite optisch lesbare Markierung 16 ist an der Prozessarmatur 6 vorgesehen. Es können
selbstverständlich auch mehr oder weniger als zwei
Markierungen vorgesehen sein. In den optisch lesbaren
Markierungen 15, 16 ist jeweils eine Markierungsinformation enthalten .
Die optische Leseeinrichtung 4 ist ausgebildet, wenigstens eine Markierungsinformation durch optisches Lesen einer der Markierungen 15, 16 zu erfassen. Vorzugsweise ist die optische Leseeinrichtung 4 ausgebildet, für jede der
Markierungen 15, 16 eine jeweilige Markierungsinformation zu erfassen .
Die Stelleinheit 2 und/oder die optische Leseeinrichtung 4 sind ausgebildet, eine die Prozessventilbaueinheit 3
beschreibende Kenngrößeninformation basierend auf einer der Markierungsinformationen bereitzustellen. Insbesondere kann dabei basierend auf jeder der Markierungsinformationen eine jeweilige Kenngrößeninformation bereitgestellt werden.
Gemäß einer nachstehend im Detail erläuterten Ausgestaltung kann die Bereitstellung der Kenngrößeninformation
beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Leseeinrichtung 4 die Kenngrößeninformation basierend auf einer der
Markierungsinformationen aus einer Datenbank abruft und die Kenngrößeninformation über die in der Figur 1 gezeigten
Kommunikationsschnittstellen 17 und 14 an die Stelleinheit 2 überträgt .
Die Stelleinheit 2 ist ausgebildet, die Ansteuerung und/oder Überwachung der Prozessventilbaueinheit 3 unter Verwendung der Kenngrößeninformation durchzuführen.
Die Kenngrößeninformation wird somit in effizienter Weise der Stelleinheit zur Verfügung gestellt bzw. für die Stelleinheit 2 nutzbar gemacht, wodurch die Ansteuerung und/oder
Überwachung durch die Stelleinheit 2 besser an die
tatsächlich eingesetzte Prozessventilbaueinheit 3 angepasst werden kann. Insbesondere bei Inbetriebnahme der Stelleinheit 2 - nämlich dann, wenn sie auf die Prozessventilbaueinheit 3 montiert wird - kann ihr die Kenngrößeninformation auf die beschriebene Weise bereitgestellt werden, so dass die
Stelleinheit 2 bereits bei der Montage in die Lage versetzt werden kann, später im Betrieb die Ansteuerung und/oder
Überwachung unter Verwendung der Kenngrößeninformation durchzuführen .
Nachstehend werden exemplarische Ausgestaltungen der
einzelnen Systemkomponenten im Detail erläutert.
Die Stelleinheit 2 ist vorzugsweise als Stellungsregler oder Ventilsteuerkopf ausgebildet
Die Stelleinheit 2 verfügt vorzugsweise über eine
Anbindungsschnittstelle 11, über die eine
Kommunikationsverbindung mit der übergeordneten Steuerung 12 bereitgestellt wird. Bei der Anbindungsschnittstelle 11 handelt es sich beispielsweise um eine digitale
Feldbusschnittstelle oder um eine analoge Schnittstelle, wie beispielsweise eine analoge Stromschnittstelle. Wie vorstehend bereits erwähnt, empfängt die Stelleinheit 2 von der übergeordneten Steuerung 12 ein Steuersignal und führt gemäß diesem Steuersignal eine Ansteuerung der
Prozessventilbaueinheit 3 durch.
Die Stelleinheit 2 verfügt im gezeigten Beispiel ferner über eine Kommunikationsschnittstelle 14, die zur Kommunikation mit der optischen Leseeinrichtung 4 dient. Die
Kommunikationsschnittstelle 14 ist vorzugsweise als
Nahfeldkommunikationsschnittstelle , insbesondere als NFC- Schnittstelle, ausgebildet.
Zudem verfügt die Stelleinheit 2 über eine in der Figur 1 nicht gezeigte elektronische Steuereinheit, insbesondere über wenigstens einen Mikrocontroller , der über entsprechende Software verfügt, um die von der Stelleinheit 2
bereitgestellten Funktionen - wie beispielsweise die
Ansteuerung und/oder Überwachung der Prozessventilbaueinheit sowie die Steuerung der Kommunikation mit der Steuerung 12 und der Leseeinrichtung 4 - zu realisieren.
Die Leseeinrichtung 4 ist vorzugsweise als Mobilgerät
ausgebildet, beispielsweise als mobiles Endgerät,
Mobiltelefon, Tablet, Handheld oder Laptop. Die
Leseeinrichtung 4 weist eine Leseeinheit 18 auf,
beispielsweise eine integrierte digitale Kamera, anhand der die Markierungen 15 und 16 optisch ausgelesen bzw.
abfotografiert werden können.
Die Leseeinrichtung 4 ist ausgebildet, aus der gelesenen bzw. abfotografierten Markierung 15, 16 die
Markierungsinformation, vorzugsweise einen Identifikator , wie beispielsweise einen Produkt-Key, zu ermitteln. Dies kann insbesondere lokal auf der Leseeinrichtung 4 durch entsprechende Software erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Leseeinrichtung 4 ferner dazu ausgebildet, auf eine Datenbank zuzugreifen und unter Verwendung der Markierungsinformation, insbesondere des Identifikators , eine Kenngrößeninformation aus der Datenbank abzurufen. In der Datenbank sind beispielsweise
Identifikatoren in Zuordnung zu jeweiligen
Kenngrößeninformationen abgelegt. Die Datenbank kann lokal auf der Leseeinrichtung 4 oder auf einem externen Server abgespeichert sein. Im letzteren Fall kann die
Leseeinrichtung 4 ausgebildet sein, eine
Kommunikationsverbindung zu dem externen Server herzustellen, und über diese Kommunikationsverbindung die
Kenngrößeninformation aus der Datenbank abzurufen. Die
Leseeinrichtung 4 ist insbesondere ausgebildet, basierend auf mehreren Markierungsinformationen mehrere
Kenngrößeninformationen zu ermitteln.
Ferner kann die Leseeinrichtung 4 ausgebildet sein, die
Kenngrößeninformation direkt aus der Markierungsinformation zu extrahieren, sofern diese darin enthalten ist.
Die Leseeinrichtung 4 verfügt zudem über eine
Kommunikationsschnittstelle 17, die zur Kommunikation mit der Stelleinheit 2 dient. Die Kommunikationsschnittstelle 17 ist vorzugsweise als Nahfeldkommunikationsschnittstelle,
insbesondere als NFC-Schnittstelle ausgebildet.
Die Leseeinrichtung 4 ist ausgebildet, die
Markierungsinformation und/oder die Kenngrößeninformation über die Kommunikationsschnittstelle 17 an die Stelleinheit 2 zu übertragen. Dies kann beispielsweise in komprimierter und/oder kondensierter Form erfolgen - d.h., die Leseeinrichtung 4 kann dazu ausgebildet sein, vor der
Übertragung der Kenngrößeninformation diese zu komprimieren und/oder durch Weglassen bestimmter, von der Stelleinheit 2 nicht benötigter Teile, die Kenngrößeninformation zu
kondensieren .
Gemäß einer alternativen, nicht in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsform ist die Leseeinrichtung in der Stelleinheit integriert. In diesem Fall können die
Kommunikationsschnittstellen 14 und 17 entfallen. Die
Markierungsinformation von Stellantrieb 5 und Prozessarmatur 6 können dann bei der Montage direkt von der Stelleinheit eingelesen werden. Optional ist die Leseeinrichtung in diesem Fall als Modul der Stelleinheit und/oder von der Stelleinheit abnehmbar ausgestaltet, so dass sie ausgetauscht und/oder für andere Stelleinheiten bei der Inbetriebnahme dieser
Stelleinheiten verwendet werden kann.
Die Prozessventilbaueinheit 3 verfügt über den Stellantrieb 5, die Prozessarmatur 6 und eine Montagebrücke 7. Der
Stellantrieb 5 ist über die Montagebrücke 7 an der
Prozessarmatur 6 befestigt. Darüber hinaus kann die
Prozessventilbaueinheit 3 auch über weitere Komponenten, wie beispielsweise eine in der Figur 1 nicht gezeigte
Sensoreinrichtung verfügen. Kenngrößeninformationen dieser weiteren Komponenten können ebenfalls in einer der
beschriebenen Weisen mittels einer an der jeweiligen
Komponente angebrachten optisch lesbaren Markierung
vorgehalten werden.
Die Prozessarmatur 6 wird im Betrieb von einem Prozessfluid durchströmt und weist ein Ventilglied 8 auf, über dessen Stellung der Prozessfluidstrom reguliert werden kann. Im gezeigten Beispiel ist das Ventilglied 8 drehbeweglich in der Prozessarmatur 6 gelagert. Über eine Änderung der
Drehstellung des Ventilglieds 8 kann eine Regulierung des Prozessfluidstroms erfolgen. Das Ventilglied 8 ist in der Figur 1 exemplarisch als Drosselklappe ausgebildet.
Alternativ zu der gezeigten Ausführungsform kann das
Ventilglied 8 natürlich auch in einer anderen Bauweise ausgeführt sein.
Der Stellantrieb 5 dient der Betätigung der Prozessarmatur 6. Bei dem Stellantrieb 5 handelt es sich beispielsweise um einen pneumatischen Drehantrieb, der eine oder mehrere in der Figur nicht gezeigte Druckkammern sowie einen in der Figur nicht gezeigten Kolben umfasst. Durch Druckbeaufschlagung wenigstens einer der Druckkammern wird der Kolben in Bewegung versetzt. Die Kolbenbewegung wird dazu verwendet, eine
Antriebsbewegung, im gezeigten Beispiel eine
Antriebsdrehbewegung, für das Ventilglied 8 bereitzustellen. Im gezeigten Beispiel ist das Ventilglieds 8 über eine
Abtriebswelle 9 mechanisch an den Stellantrieb 5 gekoppelt.
Die Ansteuerung des Stellantriebs 5 erfolgt durch die
Stelleinheit 2. Im erläuterten Fall eines pneumatischen
Stellantriebs 5 umfasst die Stelleinheit 2 eine in der Figur nicht gezeigte pneumatische Ansteuereinheit , beispielsweise einen I/P-Wandler - also einen Wandler, der ein elektrisches Signal in ein pneumatisches Signal wandelt - und/oder ein Magnetventil, über das eine pneumatische Verbindung zwischen wenigstens einer der Druckkammern und einer in der Figur 1 nicht gezeigten Druckquelle hergestellt werden kann. Mittels der pneumatischen Ansteuereinheit wird die wenigstens eine Druckkammer des Stellantriebs mit Druck beaufschlagt, so dass der Kolben angetrieben wird und das Ventilglied schließlich eine gewünschte Stellung einnimmt.
Alternativ zu der vorstehend beschriebenen pneumatischen Ausgestaltung der Stelleinheit 2 sowie der
Prozessventilbaueinheit 3 können diese Komponenten auch hydraulisch ausgebildet sein - d.h. insbesondere die
Stelleinheit 2 sowie der Stellantrieb 5 können auch
hydraulische Antriebseinrichtungen bzw. Aktoren aufweisen. Zudem ist es auch möglich, die Stelleinheit 2 und die
Prozessventilbaueinheit 3, insbesondere den Stellantrieb 5, mit elektrischen Antriebseinrichtungen bzw. Aktoren anstelle der vorstehend diskutierten fluidischen Antriebseinrichtungen auszustatten. Das Ventilglied 8 der Prozessarmatur 6 kann in diesem Fall durch einen elektrischen Antrieb des
Stellantriebs 5 betätigt werden.
Insbesondere dann, wenn der Stellantrieb 5 als pneumatische oder hydraulische Komponente und die Prozessarmatur 6 als rein mechanische Komponente ausgebildet sind, weisen sie keine elektrischen oder elektronischen Schaltungsanordnungen, insbesondere keine elektrischen oder elektronischen
Kommunikationsschnittstellen auf, so dass es ihnen nicht möglich ist, mit der Stelleinheit 2 Informationen
auszutauschen. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem Stellantrieb 5 und der Prozessarmatur 6 um rein mechanische Feldgeräte. Es sei in diesem Zusammenhang angemerkt, dass der Stellantrieb 5 auch als elektrischer Stellantrieb ausgebildet sein kann.
Bei der an der Prozessventilbaueinheit 3 vorgesehenen optisch lesbaren Markierung handelt es sich vorzugsweise um ein graphisches Muster, in der die Markierungsinformation codiert ist. Beispielsweise handelt es sich um einen QR-Code und/oder einen Barcode. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es auch möglich, dass zumindest Teile der Markierungsinformation als Zeichenfolge, insbesondere als Buchstabenfolge, in der
Markierung enthalten sind. Im gezeigten Beispiel der Figur 1 können exemplarisch die an dem Stellantrieb 5 vorgesehene erste Markierung 15 und/oder die an der Prozessarmatur 6 vorgesehene zweite Markierung 16 jeweils in einer der
genannten Weisen ausgebildet sein.
Die Markierung ist beispielsweise als Laserbeschriftung auf einem Gehäuse der Prozessventilbaueinheit, insbesondere auf einem Gehäuses des Stellantriebs und/oder der Prozessarmatur vorgesehen. Die Markierung kann auch als Etikett,
vorzugsweise als Metalletikett ausgebildet sein. Die
Markierung ist vorzugsweise ein „Direct Part Marking". Die Markierung ist insbesondere ausgebildet, rauen
Einsatzbedingungen standzuhalten und abfotografiert zu werden .
Als Markierungsinformation kann in der Markierung ein
Identifikator, beispielsweise ein Product-Key enthalten sein, der die jeweilige Systemkomponente - also den Stellantrieb oder die Prozessarmatur, an dem/der die Markierung angebracht ist - eindeutig identifiziert. Der Identifikator kann das Modell bzw. den Typ der jeweiligen Systemkomponente und/oder auch die jeweilige Systemkomponente für sich genommen
eindeutig identifizieren. Die Markierungsinformation
definiert insbesondere die Ausführungsform bzw. das Modell des Stellantriebs und/oder der Prozessarmatur eindeutig.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Markierung als
Markierungsinformation auch bereits die von der Stelleinheit 2 zu verwendende Kenngrößeninformation enthalten. Die
Markierung kann die gesamte, von der Stelleinheit 2 zu verwendende Kenngrößeninformation oder auch nur einen Teil davon als Markierungsinformation aufweisen.
Ist die von der Stelleinheit zu verwendende
Kenngrößeninformation bereits vollständig in der
Markierungsinformation enthalten, so können die
Leseeinrichtung 4 und/oder die Stelleinheit 2 einfacher realisiert werden, da diese dann zur Bereitstellung der Kenngrößeninformation lediglich auf die ausgelesene
Markierungsinformation zurückgreifen müssen.
Die Kenngrößeninformation umfasst vorzugsweise eine
Information über eine Kolbenfläche, einen Hub, einen
Reibungskoeffizienten, eine Federkonstante, einen
Rohrdurchmesser, eine Lebensdauer, eine Anzahl von
Schaltspielen, eine Anzahl von Richtungswechseln, und/oder eine Anzahl von Öffnungs- /Schließzyklen . Die
Kenngrößeninformation kann dabei nur eine einzelne
Information oder auch einen Satz an Informationen umfassen. Ferner kann die Kenngrößeninformation universelle
physikalische Eigenschaften der mit der Markierung versehenen Systemkomponente aufweisen, wie zum Beispiel Durchmesser, maximales Drehmoment, Stellantriebs- und/oder
Prozessarmaturentyp .
Die Information über die Kolbenfläche bezieht sich
vorzugsweise auf einen Kolben des Stellantriebs 5. Die
Information über den Hub bezieht sich vorzugsweise auf einen Hub des Kolbens, beispielsweise den Maximalhub. Die
Information über den Reibungskoeffizienten bezieht sich vorzugsweise auf einen Reibungskoeffizienten des Stellantriebs 5, insbesondere auf einen Reibungskoeffizienten zwischen dem Kolben und einem Zylinder, in dem der Kolben geführt ist. Die Information über den Reibungskoeffizienten kann sich ferner auf die Prozessarmatur 6 beziehen,
insbesondere auf einen Reibungskoeffizienten, der das
Ventilglied, eine an das Ventilglied gekoppelte Welle, und/oder eine Innenwand der Prozessarmatur 6 betrifft. Die Information über die Federkonstante bezieht sich insbesondere auf eine Feder des Stellantriebs 5, die in diesem vorgesehen sein kann, wenn der Stellantrieb 5 einen einfachwirkenden Zylinder umfasst. Die Information über den Rohrdurchmesser bezieht sich insbesondere auf ein Rohr der Prozessarmatur 6, durch welches beispielsweise das Prozessfluid fließt. Die Information über die Lebensdauer, der Anzahl von
Schaltspielen, Richtungswechseln und/oder Öffnungs- /Schließzyklen kann sich insbesondere auf den Stellantrieb 5 und/oder die Prozessarmatur 6 beziehen und jeweils eine
Maximalzahl der genannten Vorgänge bezeichnen, bei welcher eine Wartung durchzuführen ist. Die Information über die Lebensdauer kann dabei auch eine vorbestimmte Zeitdauer darstellen .
Die Kenngrößeninformation umfasst somit insbesondere
physikalische Eigenschaften, Messgrößen, Dimensionierungen, Lebensdauereigenschaften und/oder Betriebseigenschaften des Stellantriebs und/oder der Prozessarmatur.
Nachstehend sollen verschiede Möglichkeiten dargestellt werden, wie die Bereitstellung der Kenngrößeninformation durch die Stelleinheit 2 und/oder die Leseeinrichtung 4 erfolgen kann. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Leseeinrichtung 2 ausgebildet, die Kenngrößeninformation auf Basis der
Markierungsinformation aus einer Datenbank abzurufen. Die Datenbank kann auf der Leseeinrichtung 4 abgelegt sein und/oder auf einem externen Server, auf den die
Leseeinrichtung beispielsweise über eine
Kommunikationsverbindung, vorzugsweise über eine
Mobilfunkverbindung, Zugriff hat. Die Leseeinrichtung ist ferner ausgebildet, die Kenngrößeninformation und optional auch die Markierungsinformation an die Stelleinheit 2 zu übertragen .
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist die Stelleinheit 2 dafür zuständig, die Kenngrößeninformation auf Basis der Markierungsinformation aus einer internen oder externen
Datenbank abzurufen. Im letzteren Fall kann die Stelleinheit 2 beispielsweise ausgebildet sein, über die
Anbindungsschnittstelle 11 eine Nachricht mit der
Markierungsinformation an die Steuerung 12 zu senden, und, in Ansprechen darauf, eine Nachricht von der Steuerung 12 mit der entsprechenden Kenngrößeninformation zu erhalten. In dieser Ausgestaltung muss die Leseeinrichtung 4 lediglich dazu in der Lage sein, der Stelleinheit 2 die
Markierungsinformation bereitzustellen .
Ferner ist es auch möglich, dass die Kenngrößeninformation bereits in der Markierungsinformation enthalten ist. In diesem Fall kann die Leseeinrichtung 4 und/oder die
Stelleinheit 2 ausgebildet sein, die Kenngrößeninformation auf Basis der Markierungsinformation bereitzustellen. Erfolgt die Bereitstellung durch die Leseeinrichtung 4, so ist diese dazu ausgebildet, die Kenngrößeninformation an die
Stelleinheit 2 zu übertragen. Andernfalls überträgt die Leseeinrichtung 4 die Markierungsinformation an die
Stelleinheit 2.
Steht ein externer Server zur Verfügung, ergeben sich für die Leseeinrichtung 4 weitere Möglichkeiten.
So kann die Software der Leseeinrichtung 4 auch Daten
erfassen (insbesondere beim Tausch von Komponenten der
Prozessventilbaueinheit 3) und diese per Mobilfunk oder einer anderen drahtlosen Verbindung zur Auswertung in eine externe Datenbank einspeisen. Auf diese Weise können beim Tausch einer Komponente zum Beispiel auch Informationen über deren Lebensdauer und Einsatzbedingungen übertragen und ausgewertet werden, um der Entwicklung Hinweise auf
Verbesserungspotenziale aufzuzeigen und/oder dem Anwender Empfehlungen für den zukünftigen Einsatz von Komponenten für seine Anlage geben zu können.
Ferner kann die Software der Leseeinrichtung 4 auch so ausgestaltet werden, dass sie aktuelle Daten über eine
Komponente der Prozessventilbaueinheit von einem externen Server beziehen kann. Das können beispielsweise einerseits aktualisierte Kenngrößeninformationen, insbesondere über zulässige Einsatzbedingungen, beispielsweise einer mit einer entsprechenden Markierung versehenen Komponente sein.
Andererseits sind für die Stelleinheit 2 auch Software- Updates möglich oder sogar das Laden von mit dem Kunden für die Anwendung des Systems 1 bzw. der Baugruppe aus
Stelleinheit 2 und Prozessventilbaueinheit 3 vereinbarte spezifische Konfigurationsdaten.
Im Folgenden sollen Anwendungsbeispiele erläutert werden, bei denen eine Überwachung durch die Stelleinheit 2 unter
Verwendung der Kenngrößeninformation erfolgt. So kann durch die Kenngrößeninformation in der Stelleinheit 2 beispielsweise ein Geräte-spezifischer Schwellenwert für den Stellantrieb 5 und/oder die Prozessarmatur 6 festgelegt werden. Die Stelleinheit 2 kann dann die
Prozessventilbaueinheit 3 - also den Stellantrieb 5 und/oder die Prozessarmatur 6 - dahingehend überwachen, ob dieser Schwellenwert überschritten wird. Die Stelleinheit 2 ist insbesondere ausgebildet, bei der Überwachung verschiedene Fehler voneinander zu unterscheiden, beispielsweise basierend darauf, welcher Schwellenwert überschritten wurde. Die
Stelleinheit 2 ist insbesondere ausgebildet, basierend auf der Kenngrößeninformation mehrere Schwellwerte festzulegen.
Auf diese Weise kann insbesondere festgestellt werden, ob aufgrund von Produktions- oder Montagefehlern Eigenschaften von Bestandteilen des Systems 1 aus der Prozessarmatur 6, dem Drehantrieb 5, oder weiteren Komponenten der
Prozessventilbaueinheit 3, wie beispielsweise Ventilen, und/oder der Stelleinheit 2, außerhalb eines typischen bzw. zulässigen Bereichs liegen.
Die Konfigurationsinformation kann insbesondere bei der
Konfiguration und Parameterauswahl von in einer Software der Stelleinheit 2 integrierten Verfahren zur Erkennung und
Unterscheidung von im laufenden Betrieb auftretenden (zum Beispiel verschleißbedingten) Fehlern verwendet werden.
Wie vorstehend erwähnt, kann sich die Kenngrößeninformation auch insbesondere als Schwelle für die zu erwartende
Lebensdauer (zum Beispiel als Anzahl von Schaltspielen, Richtungswechseln oder Öffnung- /Schließzyklen) verwendet werden. Die Stelleinheit 2 kann ausgebildet sein, im
laufenden Betrieb die verbleibende Differenz zu diesen Kenngrößen zu überwachen, um auf ein baldiges Erreichen der jeweiligen Schwelle hinweisen zu können, damit der
Anlagenbetreiber daraufhin Wartungsintervalle planen kann.
Die durch die Stelleinheit 2 durchgeführte Überwachung der Prozessventilbaueinheit 3 kann ferner dazu dienen, zu prüfen, ob die Stelleinheit 2 und/oder die Komponenten der
Prozessventileinheit 3 korrekt aufeinander abgestimmt sind.
Üblicherweise werden der Stellantrieb 5 und die
Prozessarmatur 6 bei der Projektierung einer Anlage
aufeinander abgestimmt. Zum Beispiel wird der Stellantrieb 5 so ausgewählt, dass er in jedem Fall beim verfügbaren
Betriebsluftdruck das Losbrechmoment der Prozessarmatur 6 zur Verfügung stellen kann, ohne andererseits die beispielsweise als Wellenstummel ausgebildete Welle 9 der Prozessarmatur 6 übermäßig abzunutzen oder zu tordieren. Mitunter kommt es aber zu Auslegungsfehlern, die dann erst auffallen, wenn sich im laufenden Betrieb das Ventilglied 8 der Prozessarmatur 6 nicht mehr bewegen lässt oder die Welle 9 abgedreht ist.
Solche Auslegungsfehler können mithilfe der Überwachung des Stellantriebs 5 und/oder der Prozessarmatur 6 durch
Auswertung der Kenngrößeninformation und eines Betriebsdrucks während der Inbetriebnahme von der Stelleinheit 2 erkannt werden .
Beim Tausch von Komponenten der Prozessventilbaueinheit 3 - insbesondere beim Tausch des Stellantriebs 5 und/oder der Prozessarmatur 6 - kann die Stelleinheit 2 die
Kenngrößeninformation der neuen Komponente mit der
gespeicherten Kenngrößeninformation der zuvor verbauten
Komponente vergleichen und auf mögliche Diskrepanzen hinweisen. So kann die Sicherstellung eines Austauschs mit passendem Ersatzgerät unterstützt werden.
Die Stelleinheit 2 kann insbesondere dazu ausgebildet sein, die Prozessventilbaueinheit im laufenden Betrieb zu
überwachen .
Im laufenden Betrieb kann die Stelleinheit 2 bei Kenntnis der Kenngrößeninformation des Stellantriebs 5 durch Messung von Drücken in Druckkammern des Stellantriebs 5 die Kräfte schätzen, die zur Bewegung des Ventilglieds 8 der
Prozessarmatur 6 notwendig sind. Kommen die so ermittelten Kraftwerte in die Nähe von mittels der Kenngrößeninformation maximal für die Prozessarmatur 6 oder den Stellantrieb 5 spezifizierten Kräfte, so kann eine entsprechende Warnmeldung insbesondere von der Stelleinheit 2 ausgegeben werden.
Die von der Stelleinheit 2 durchgeführte Überwachung kann auch im Zusammenspiel mit einer Steuereinheit aus einer übergeordneten Ebene, beispielsweise der Leitebene, und/oder der übergeordneten Steuerung 12 stattfinden. Wenn die
Stelleinheit 2 selbst nicht die Rechenkapazitäten für eine entsprechende Auswertung aufbringt, kann sie der
übergeordneten Steuereinheit bzw. der Steuerung 12 die für die Berechnung notwendige Kenngrößeninformation und
gegebenenfalls benötigte Messwerte zur Verfügung stellen.
Die Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Inbetriebnahme einer Stelleinheit 2. Das Verfahren kann insbesondere unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Systems 1 ausgeführt werden.
Wie in der Figur 2 gezeigt, umfasst das Verfahren die
Schritte: Erfassen Sl einer Markierungsinformation, die in einer optisch lesbaren Markierung an der
Prozessventilbaueinheit 3 enthalten ist, durch optisches Lesen der Markierung, Bereitstellen S2 einer die
Prozessventilbaueinheit 3 beschreibenden
Kenngrößeninformation basierend auf der
Markierungsinformation und Einrichten S3 der Stelleinheit 2, so dass diese die Prozessventilbaueinheit 3 unter Verwendung der Kenngrößeninformation ansteuert und/oder überwacht.

Claims

Ansprüche
1. System (1), umfassend: eine Prozessventilbaueinheit (3) mit einer Prozessarmatur (6) und einem zur Betätigung der Prozessarmatur (6) ausgebildeten Stellantrieb (5) , sowie eine Stelleinheit (2) zur Ansteuerung und/oder Überwachung der Prozessventilbaueinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessventilbaueinheit (3) wenigstens eine optisch lesbare Markierung (15, 16) mit einer darin enthaltenen
Markierungsinformation aufweist, und dass das System eine optische Leseeinrichtung (4) umfasst, die ausgebildet ist, die Markierungsinformation durch optisches Lesen der
Markierung (15, 16) zu erfassen, wobei die Stelleinheit (2) und/oder die optische Leseeinrichtung (4) ausgebildet sind, eine die Prozessventilbaueinheit (3) beschreibende
Kenngrößeninformation basierend auf der
Markierungsinformation bereitzustellen, und die Stelleinheit (2) ausgebildet ist, die Ansteuerung und/oder Überwachung der Prozessventilbaueinheit (3) unter Verwendung der
Kenngrößeninformation durchzuführen .
2. System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngrößeninformation eine Information über eine
Kolbenfläche, einen Hub, einen Reibungskoeffizienten, eine Federkonstante, einen Rohrdurchmesser, eine Lebensdauer, eine Anzahl von Schaltspielen, eine Anzahl von Richtungswechseln, und/oder eine Anzahl von Öffnungs-/Schließzyklen umfasst.
3. System (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (2) ausgebildet ist, basierend auf der Kenngrößeninformation ein Steuer- und/oder Reglermodell zur Ansteuerung der Prozessventilbaueinheit (3) und/oder ein Beobachtermodell zur Überwachung der
Prozessventilbaueinheit (3) zu erstellen.
4. System (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leseeinrichtung (4) ein Mobilgerät ist, wobei die Stelleinheit (2) und die
Leseeinrichtung (4) über jeweilige
Kommunikationsschnittstellen (14, 17) verfügen, und die
Leseeinrichtung (4) ausgebildet ist, die
Markierungsinformation und/oder die Kenngrößeninformation über die Kommunikationsschnittstellen (14, 17) an die
Stelleinheit (2) zu übertragen.
5. System (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsschnittstellen (14, 17)
Nahfeldkommunikationsschnittstellen sind .
6. System (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (2) ausgebildet ist, in einem stromlosen Zustand, vorzugsweise in einem
Zustand vor Anschluss an eine Leitebene, die
Markierungsinformation und/oder die Kenngrößeninformation zu empfangen .
7. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leseeinrichtung in der Stelleinheit integriert ist.
8. System (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (2) und/oder die Leseeinrichtung (4) ausgebildet sind, die
Kenngrößeninformation auf Basis der Markierungsinformation aus einer Datenbank abzurufen.
9. System (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsinformation die Kenngrößeninformation enthält.
10. System (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessarmatur (6) und der Stellantrieb (5) jeweils eine eigene, optisch lesbare
Markierung (15, 16) aufweisen.
11. Verfahren zur Inbetriebnahme einer Stelleinheit (2) , die ausgebildet ist, eine Prozessventilbaueinheit (3) mit einer Prozessarmatur (6) und einem zur Betätigung der
Prozessarmatur (6) ausgebildeten Stellantrieb (5) anzusteuern und/oder zu überwachen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte umfasst: Erfassen (Sl) einer
Markierungsinformation, die in einer optisch lesbaren
Markierung an der Prozessventilbaueinheit (3) enthalten ist, durch optisches Lesen der Markierung, Bereitstellen (S2) einer die Prozessventilbaueinheit (3) beschreibenden
Kenngrößeninformation basierend auf der
Markierungsinformation und Einrichten (S3) der Stelleinheit (2) , so dass diese die Prozessventilbaueinheit (3) unter Verwendung der Kenngrößeninformation ansteuert und/oder überwacht .
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